Investigation of the effects of probiotic bacteria on bacterial translocation that developed during diagnostic laparoscopy: an experimental study

Abstract

Probiotics which are non-pathogenic live microorganisms ingested along with food or as dietary supplements, are thought to be beneficial to the host by supporting the microbial balance in digestive system. Various studies suggest that the effects of probiotics on the intestinal mucosa and immunity are protective against bacterial translocation. We aimed to investigate bacterial translocation related to the amount of CO2 insufflation given during laparoscopy and the effect of probiotic bacteria in an experimental peritonitis model. In this study 60 Wistar rats were used in six groups consisting of 10 rats. Group 1, 3 and 5 consisted of the rats that were fed without probiotics, while the rats in Group 2, 4, and 6 were fed with water containing 5 x 10(8) cfu/ml probiotic bacteria complex (Bifidobacterium lactis, Lactobacillus bulgaricus, Streptococcus thermophilus) for 15 days. To generate experimental peritonitis, 2 x 10(7) cfu/ml Escherichia coli ATCC 25922 was inoculated intraperitoneally to all of the rats. Thereafter, laparoscopy was applied in all groups. Application in Group 1 and Group 2 was without CO2; Group 3 and Group 4 with 14 mmHg CO2 insufflation, and Group 5 and Group 6 with 20 mmHg CO2 insufflation. Blood samples were taken in 2nd, 4th, and 6th hours. Mesenteric lymph node, liver and spleen samples were taken at 6th hour when the rats were sacrified and then these were evaluated microbiologically with qualitative and quantitative methods. Bacterial translocation and bacteremia were found in the rats that were undergone experimental peritonitis during laparoscopy. All positive tissue and blood cultures yielded E.coli. The highest level of bacterial translocation was found to be in mesenteric lymph nodes (in 3/10, 6/10 and 10/10 in groups 1, 3 and 5 fed without probiotics, respectively; in 2/10, 3/10 and 4/10 in groups 2, 4 and 6 fed with probiotics, respectively). The bacterial translocation rates were found to be related to the increased CO2 insufflation. It was found that probiotic bacteria were more effective for decreasing bacterial translocation rates and bacteremia in the groups that were given high CO2 pressure during laparoscopy. It was also found that these results were correlated with bacterial translocation per gram of tissue. As an example, the quantitative bacterial growth values detected in mesenteric lymph node were 5.4 +/- 2.9 x 10(3), 10.6 +/- 3.3 x 10(3) and 21.5 +/- 12.4 x 10(3) cfu/g in groups 1, 3 and 5, fed without probiotics, respectively; and 2.0 +/- 1.3 x 10(3), 3.8 +/- 1.9 x 10(3) and 9.0 +/- 3.1 x 10(3) cfu/g in groups 2, 4 and 6, fed with probiotics, respectively. Our data emphasized that probiotic bacteria may be used as prophylactic agents for the prevention of bacterial translocation during laparoscopy, however comprehensive and clinical studies are needed to support these experimental results.

Probiyotikler, besinlerle birlikte veya ayrı olarak alınan, bağırsaklarda mikrobiyal dengeyi sağlayarak konağın sindirim sistemini destekleyen, patojen olmayan canlı mikroorganizmalardır. Yapılan çalışmalar, probiyotiklerin bağırsak mukozası ve immünite üzerine olan etkilerinin, bakteriyel translokasyona karşı koruyucu olduğunu göstermektedir. Bu çalışmada, deneysel olarak oluşturulan peritonitte, laparoskopi sırasında uygulanan CO2 miktarına bağlı olarak oluşabilecek bakteriyel translokasyon ve bu duruma pro- biyotik bakterilerin etkisi araştırılmıştır. Çalışmada 60 adet Wistar rat kullanılmış ve denekler 10’arlı altı gruba ayrılmıştır. Grup 1, 3 ve 5 probiyotik verilmeyen grupları oluştururken, Grup 2, 4 ve 6’ya 15 gün boyunca 5 x 10 8 kob/ml probiyotik bakteri kompleksi (Bifidobacterium lactis, Lactobacillus bulgaricus Streptococcus thermophilus) hayvanların suyuna karıştırılarak verilmiştir. Tüm gruplardaki farelere, peritonit oluşturmak amacıyla 2 x 10 7 kob/ml Escherichia coli (ATCC 25922) intraperitoneal yoldan inoküle edilmiştir. Hemen sonrasında Grup 1 ve 2’ye CO 2 uygulanmadan, Grup 3 ve 4’e 14 mmHg CO 2, Grup 5 ve 6’ya 20 mmHg CO 2 verilerek laparoskopi uygulanmıştır. 0, 2 ve 6. saatlerde kan örnekleri alınmış ve 6. saatte hayvanlar sakrifiye edildikten sonra mezenter lenf nodu, karaciğer ve dalak örnekleri alınıp mikrobiyolojik açıdan kalitatif ve kantitatif yöntemlerle değerlendirilmiştir. Laparoskopi sırasında deneysel olarak peritonit oluşturulan hayvanlarda bakteriyel translokasyon ve bakteremi gözlenmiş; bütün doku ve kan kültürlerinde üreyen bakteri E.coli olarak tanımlanmıştır. En fazla bakteriyel translokasyonun mezen-ter lenf noduna olduğu (probiyotik verilmeyen Grup 1, 3 ve 5’te sırasıyla 3/10, 6/10 ve 10/10; probiyotik verilen Grup 2, 4 ve 6’da sırasıyla 2/10, 3/10 ve 4/10) görülmüştür. En yüksek bakteriyel translokasyon oranları, yüksek CO 2 basıncı (20 mmHg) uygulanan gruplarda (Grup 5’te 10/10; Grup 6’da 4/10) saptanmış olup, bakteriyel translokasyon oranının laparoskopi sırasında uygulanan CO 2 miktarıyla artış gösterdiği tespit edilmiştir. Probiyotik bakterilerin, dokulardaki bakteriyel translokasyon oranlarını ve bak- teremiyi yüksek basınçtaki gruplarda daha etkili şekilde azalttığı saptanmıştır. Bu sonuçların doku gramı başına düşen ortalama bakteri translokasyonuyla korelasyon gösterdiği tespit edilmiş; örneğin, mezente- rik lenf nodunda saptanan bakteri sayısı; probiyotik verilmeyen Grup 1, 3 ve 5’te sırasıyla 5.4 ± 2.9 x 10 3,10.6 ± 3.3 x 10 3 ve 21.5 ± 12.4 x 10 3 kob/g iken, probiyotik verilen Grup 2, 4 ve 6’da sırasıyla 2.0 ± 1.3 x 10 3, 3.8 ± 1.9 x 10 3 ve 9.0 ± 3.1 x 10 3 kob/g olarak bulunmuştur. Çalışmamızın verileri, probiyotik bakterilerin, laparoskopi sırasında oluşabilecek bakteriyel translokasyona karşı profilaktik olarak kullanılabileceğini vurgulamakla birlikte, bu bulguların daha geniş kapsamlı ve klinik düzeydeki ileri çalışmalarla desteklenmesi gerektiği düşünülmüştür